對于月亮,我們早就習(xí)以為常。
就算是中秋佳節(jié),我們可能都很少抬頭瞥一眼天上的大月盤。
忙碌的人怕觸景生情,而有條件團(tuán)聚的人則更珍惜眼下的光陰。
不過,拋開“人月兩團(tuán)圓”的象征意義,從科學(xué)的角度來“賞”月也不失為一番美事。
在離地球38.4萬公里的軌道上,月球已經(jīng)孤獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)了45億年。
它見證了地球的荒蕪混沌、生物的漫長演化。
剔除了神秘色彩,當(dāng)你對月球了解得越深,你就會覺得越不可思議。
即使遙不可及 ,但它依然每天都在影響著我們生活的地球。
其中,大家最熟悉的便是潮汐現(xiàn)象。
呈周期性漲落的海水,白天為潮(朝),夜晚為汐(夕)。
這種現(xiàn)象,正是由地球與月亮之間的引力所引起的。
引力確保了我們能平穩(wěn)地站在地面,也讓月球能沿著軌道圍繞地球旋轉(zhuǎn)。
但引力是相對的,月球的引力同樣會牽引著地球,以及地球上的海水。
因與月球間距離不同,地球上各點(diǎn)所受月亮引力的大小也不同。
所以離月球最近的點(diǎn),海水則會被月球“拉”起來,這也就是我們常說的“漲潮”。
伴隨著地球的自轉(zhuǎn),海水每天會經(jīng)歷兩次漲落,每次所經(jīng)的平均時間為12時25分。
月球引力引起地球潮汐的原理
很早以前,人們就已經(jīng)注意到月亮對潮汐的影響了。
故也有了“濤之起也,隨月盛衰”等諺語。
在人類長期的勞作中,潮汐也被利用于航運(yùn)、漁業(yè)、發(fā)電等方方面面。
假如失去潮汐,地球的海洋可能會變得一片死寂。
海洋的生態(tài)系統(tǒng)將迎來巨大挑戰(zhàn),大量海洋生物將面臨死亡和滅絕。
但是月球靠得太近,也不是好事。
潮汐暴漲,海水倒灌,地球上的低海拔陸地就會被淹沒。
人類將見到世界末日般的恐怖畫面。
除了影響地球的潮汐,月亮還與地球的生命起源密切相關(guān)。
人們總以為,沒有了太陽,地球上就沒有生命了。
事實(shí)上,月球作為地球唯一的衛(wèi)星,失去月球地球同樣寸步難行。
而地球,也確實(shí)經(jīng)歷過一段沒有月亮陪伴的艱苦日子。
回首過去,我們就會發(fā)現(xiàn)月亮的陪伴并非來得如此理所當(dāng)然。
冥古宙地球想象圖
地球的年齡大約為45億歲,最初的地球身邊還沒有月球的陪伴。
而這段地球形成之初的時期,也被稱為冥古宙(Hadean Eon)。
顧名思義,冥指的便是地球就像冥府地獄一樣,溫度自然高到無法想象。
當(dāng)時地球的自轉(zhuǎn)速度也快得驚人,是現(xiàn)在的3倍,也就是說每天只有8小時。
在年輕的太陽系中,地球還得獨(dú)自承受著彗星和小行星的狂轟濫炸。
要在這種環(huán)境生存,簡直異想天開。
不過很快,地球就迎來了那顆改變了它命運(yùn)的行星“忒伊亞”(Theia)。
這顆與火星大小相當(dāng)?shù)男行牵c原始的地球發(fā)生了猛烈的撞擊。
電光火石間,地球大部分的熔巖地殼就被撞進(jìn)了太空。
其中有部分獲得了逃逸速度飛出太空,而其余的則在地球軌道上形成了一條“地球環(huán)”。
而大塊的碎片經(jīng)過長年累月地把較小的碎片拉向自己,這才形成了我們現(xiàn)在月球的雛形。
這也是關(guān)于月亮起源的“大碰撞說”,也是目前大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)可的月球起源說。
就這樣,在地球上我們第一次見到了月亮的升起。
那時的月球離地球只有2.25萬公里,比現(xiàn)在的38.4萬公里的距離要近得多。
所以那時候站在地球上看月球,是現(xiàn)在的15倍大,真觸手可及。
與之相應(yīng)的,月球?qū)Φ厍虻囊褪乾F(xiàn)在的200倍,潮汐引力則是3400倍。
盡管那時候地球還沒有海水,但地球表面鋪滿的巖漿,也能靠著著月球巨大的引力,像潮汐一樣,此起彼伏。
正是因“潮汐”的存在,月球才開始慢慢地遠(yuǎn)離地球。
然而潮漲潮落的同時,地球也在自轉(zhuǎn)。
于是地球海面的最高點(diǎn)還來不及自動恢復(fù)原狀,就已經(jīng)被地球的自轉(zhuǎn)“拉著走”了。
而力的作用是相互的,“地球自轉(zhuǎn)”拉著“最高海面”走,也就意味著“地球自轉(zhuǎn)”會被“最高海面”拖著。
這個阻力會使地球的自轉(zhuǎn)速度慢下來。
而地月系統(tǒng)的角動量是恒定的,地球慢下來了,月球就會蹦到能量更高、離地球更遠(yuǎn)的軌道,這就是所謂的“潮汐加速”。
這樣,地球自轉(zhuǎn)的速度也慢慢降下來。
從過去的8小時一天,變成現(xiàn)在的24小時一天。
即使是現(xiàn)在,每一年月球都將“竊取”一些來自地球的自轉(zhuǎn)能力,并利用它推動自己在軌道上上升3.8厘米,使自己逐漸逃離地球。
那么過去的每8小時自轉(zhuǎn)一圈什么概念?
首先地球轉(zhuǎn)速過快,會帶來無數(shù)個超強(qiáng)風(fēng)暴。
像土星就是一顆自轉(zhuǎn)周期為10小時的星球,其大氣層的狂風(fēng)肆虐幾乎是毀滅性的。
卡西尼號就曾拍到土星上一個巨大的風(fēng)暴,持續(xù)了整整200天。
它的風(fēng)眼直徑就達(dá)2000公里,是地球上最強(qiáng)颶風(fēng)的20倍以上。
卡西尼號拍到的土星颶風(fēng)
快速旋轉(zhuǎn)的早期地球還導(dǎo)致了另一個重大的副作用,就是地球磁場會比現(xiàn)在增強(qiáng)好幾倍。
超強(qiáng)的磁場將會把更多的太陽耀斑偏轉(zhuǎn)到地球表面,輻射將會攻擊大氣底部的生命。
生命的進(jìn)化是非常偶然和脆弱的,在這樣的影響下,所有生物進(jìn)化都舉步維艱。
如果沒有“忒伊亞”的拔刀相助,或許人類文明根本不會存在。
在我們的想象中,行星相撞往往意味著毀滅。
但毀滅過后,便是重生。
忒伊亞”與地球這一撞,就給地球帶來了生機(jī),撞出了創(chuàng)造生命的初始環(huán)境。
甲烷、一氧化碳和氫氣等氣體大量涌入大氣層,地球發(fā)生了翻天覆地的變化。
米勒模擬實(shí)驗(yàn),想必大家都不陌生。
20世紀(jì)50年代,美國化學(xué)家坦利·米勒博士曾做過這么個經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。
他利用這些氣體在瓶中模擬了早期的地球環(huán)境,用通電模仿閃電的作用。
結(jié)果讓人大吃一驚,瓶中出現(xiàn)的泥漿中富含著氨基酸,也就是蛋白質(zhì)的原材料。
待地球溫度慢慢降下來,水汽也凝結(jié)成了海洋。
而真正讓生命成為可能的秘密,或許還藏在海洋的潮汐里。
生命,必須由遺傳物質(zhì)提供基本藍(lán)圖。
“RNA世界說”的支持者約翰·薩瑟蘭教授,就相信月球引起的潮汐是生命起源的重要因素。
他在試驗(yàn)中,模擬了早期海洋的化學(xué)物質(zhì)、光照并重建了潮起潮落等環(huán)境。
結(jié)果卻讓人驚訝,生成的化學(xué)物質(zhì)中出現(xiàn)了一種中間物質(zhì)。
該物質(zhì)可純化合成RNA所需的核糖和堿基,并最終形成一種類RNA。
當(dāng)然,關(guān)于生命的起源還有很多謎題未解開,但失去月亮人類無法存活卻是不變的事實(shí)。
首先月球的出現(xiàn),讓地球出現(xiàn)了相對穩(wěn)定的氣候。
當(dāng)忒伊亞與地球相撞,地球就發(fā)生了輕微的傾斜。
此后,月球就充當(dāng)起了地球的穩(wěn)定器,讓地球靠23.5度傾角維持著規(guī)律的四季。
如果失去月球,這微妙的傾斜角便會陷入搖擺不定。
舉個反例,火星的周圍就沒有像月亮這樣的衛(wèi)星存在。
因此孤獨(dú)的火星就經(jīng)常發(fā)生狂亂的傾角變化。
最低的時候是15度,最高時甚至超過80度,惡劣的氣候也使火星寸草不生。
事實(shí)上,除了充當(dāng)穩(wěn)定器以外,月球還像是守護(hù)天使。
在地球上,無論任何地方和任何時刻,我們都只能看到月球的正面。
而在天文學(xué)中,則把這種由于重力梯度使天體永遠(yuǎn)以同一面對著另一個天體的現(xiàn)象稱為“潮汐鎖定”。
當(dāng)然,隨著科技的進(jìn)步,各種航天器早就傳回月球背面的照片了。
從這些影像中,我們會發(fā)現(xiàn)相比于正面,月球的背面布滿了隕石坑。
而每一個隕石坑,都來源于一次致命的撞擊。
若這些災(zāi)禍發(fā)生在地球,都有可能終結(jié)正在進(jìn)化的生命。
從某種意義上來說,月球也多次拯救了地球。
起初,是月球撩撥起了人類嘗試探索太空的好奇心。
迄今為止,共有12人登上過月亮。
“人類不會永遠(yuǎn)留在地球”,在未來人類或許能找到一顆宜居星球。
人類雖不會止步于月球,但月球充當(dāng)“探索太空跳板”的使命卻不會改變。
大量研究表明,月球雖環(huán)境惡劣,但也有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
它的引力只有地球的六分之一,在那里建設(shè)發(fā)射場向太空發(fā)射載荷成本會很低。
在太陽系內(nèi)建立大型太空站,或太空居民點(diǎn),開發(fā)月球資源以供需求是最經(jīng)濟(jì)的途徑。
若失去了這塊跳板與墊腳石,人類探索太空的難度將大增。
當(dāng)然,這些對此刻的我們來說還是有些遙不可及。
眼下的是中秋佳節(jié),月亮至少對每一個中國人來說都意義非凡。
這盞夜空中最亮的明燈,永遠(yuǎn)指向家的方向。
但我們也不妨換種心境,懷著敬畏抬頭看月亮。
畢竟我們現(xiàn)在能坐在地球上對月亮夸夸而談,又是炸月亮又是賣月亮的,還得靠它幾十億年來的關(guān)照。
*參考資料
BBC.我們真的需要月球嗎?.2011
The Universe:The Day The Moon Was GONE .History Channel